Дослідження точності 3D-позиціонування при фотограмметричній зйомці з БПЛА методом структури з руху та багатовидового стерео на прикладі тестової ділянки

Abstract

Бурхливе удосконалення безпілотних рухомих засобів, доповнене техніками фотограмметричної візуалізації, зокрема використанням підходів Structure from Motion (SfM) та Multi-View Stereo (MVS), створило нинішній потужний апарат для формування деталізованих тривимірних проєкцій земної площини. Залучення дронів для аерофотозйомки з невеликої висоти надає неабиякі переваги для генерації цифрових моделей висот, точних планів місцевості (ортофотопланів) та насичених точкових хмар, які знаходять широке застосування у геодезичних інженерних завданнях, нагляді за зміщеннями ґрунту, дослідженні змін у ландшафтах, кошторисі об’ємів гірських порід та фіксації локаційних змін ділянок. Попри те, що ця технологія отримала значне поширення, ступінь внутрішньої точності тривимірної локалізації, здобутої виключно за допомогою фотограмметрії на основі БПЛА (БПЛА-SfM) без залучення додаткових наземних геодезичних вимірювань, залишається об'єктом недостатнього вивчення. Це питання набуває особливої ваги для українських реалій, адже підсумки аерофотознімання нерідко стають основою для розв'язання завдань інженерної геодезії, землевпорядкування та нагляду за схильними до небезпеки природними явищами. У межах цієї бакалаврської роботи бакалавра було здійснено практичну апробацію точності 3D-координатування, отриманого після аерофотознімання безпілотником DJI Phantom 4 RTK, на спеціально облаштованому полігоні із поверхнею, що характеризується помірною стабільністю. Мали місце три окремі повітряні фотосесії тієї ж ділянки, виконані з ідентичними умовами польоту. Відзнятий матеріал піддавався обробці за допомогою методів Structure-from-Motion та Multi-View Stereo, завдяки чому для кожного етапу зйомок було створено цифрові моделі висот (DSM), ортофотозображення (DOM) та насичені хмари точок. Аби зважити на те, як часто та де саме повторюються результати, задіяли метод аналізу вибіркових вікон у межах хмар точок. Це дало змогу виявити, наскільки відрізняються координати по горизонталі й вертикалі між моделями, що були зняті під час різних прольотів. Окрім того, створили моделі різниці поверхонь (DoD — Difference of DSM), аби розібратися у природі та масштабі просторових зсувів, що існують між цифровими моделями. Ці дані дали змогу констатувати: якщо витримуються ідентичні параметри фіксації зображень та забезпечена незмінність площини, то можна отримати точність вимірювання позицій пунктів до одного сантиметра, причому як за горизонтальною, так і за вертикальною складовими. Окрім того, з'ясувалося, що територіальні відрізки з поверхнею, яка пройшла стабілізацію та ущільнення, демонструють вищу стабільність (повторюваність) отриманих значень, аніж ділянки, схильні до змін, спричинених порами року чи механічним впливом. Отримані висновки дають змогу визначити практичні рамки використання аерофотозйомки з безпілотних літальних апаратів для інженерно-геодезичних та геоморфологічних наукових розробок у межах України, а також можуть стати ґрунтовною методологією для вдосконалення планів накопичення інформації за допомогою технології структурної з фототриангуляції та багаторакурсного стереофотограметричного моделювання.